Цель курса — познакомить студентов с современными представлениями о морфологической изменчивости и обучить методам анализа морфологических данных. Морфологическая изменчивость может быть проанализирована на разных уровнях и в своей основе имеет множество причин, которые могут быть выявлены с помощью современных методов анализа данных. В последнее десятилетие в этой области, как и во многих других областях биологии, произошла методологическая революция (Cardini, Loy, 2013), связанная с быстрым развитием компьютерных технологий. Форма итоговой отчётности — зачёт.
Темы лекций
Введение в морфометрию:
— Историческая справка, тенденции в развитии, ученые, внесшие значимый вклад в развитие морфометрических методов;
— Применяемая терминология, принятые обозначения;
— Классическая морфометрия и геометрическая морфометрия — основные характеристики, преимущества и недостатки;
— Определение и свойства морфопространства, методы работы с ним.
Сравнение форм:
— Способы регистрации форм: фотография, 3D-поверхностное сканирование, томография, фотограмметрия;
— Способы описания форм: метки, полуметки, контуры;
— Проблемы гомологии при описании форм с помощью меток;
— Прокрустов анализ;
— Прокрустово морфопространство;
— Визуализация изменчивости форм.
Статистические методы исследования морфологической изменчивости:
— Выборка. От меток к координатам формы. Элементарные понятия матричной алгебры;
— Описание паттерна изменчивости — анализ главных компонент;
— Ковариация и корреляция;
— Регрессия;
— Аллометрия: определение, встречаемость в природе, роль в морфологической изменчивости, методы изучения;
— Интеграция и модульность в организме;
— Канонический и дискриминантный анализ;
— Параметрические и непараметрические тесты;
— Дисперсионный анализ;
— Кластерный анализ.
Компьютерное моделирование:
— Анализ конечных элементов (FEA);
— Синтез с методами геометрической морфометрии.
Комбинация морфометрических данных с другими типами данных:
— Географическая изменчивость форм;
— Эволюция форм;
— Онтогенетическая изменчивость форм;
— Онтогенетические траектории. Преемственность между формами изменчивости.
Практикум
Студенты обучаются методам геометрической морфометрии, работе в пакете программ TPS и MorphJ. Демонстрационные программы: Morphologika, Landmark, VoxFe.
Основная часть: Студенты получают набор фотографий зубов или черепа нескольких видов млекопитающих. Цель — исследовать морфологическую изменчивость: межвидовую, географическую, половую.
Задачи:
— расставить на фотографиях метки для описания заданной морфологической структуры;
— разбор структуры файла с координатами;
— провести анализ данных: прокрустов анализа; анализ главных компонент и визуализацию изменчивости форм; дискриминантный анализ; исследование аллометрии и регрессионный анализ; исследование модульности.
Демонстрационная часть:
— картирование изменчивости форм на молекулярно-филогенетическом дереве;
— работа с 3D-поверхностями и компьютерное моделирование.
Литература
Мина М.В., Клевезаль Г.А. 1976. Рост животных. 292 c.
Филипченко Ю.А.1978. Изменчивость и методы ее изучения. 240 c.
Яблоков А.В. 1966. Изменчивость млекопитающих. 364 c.
Cardini A., Loy A. (Eds.) 2013. Virtual Morphology and Evolutionary Morphometrics in the new millenium. Hystrix the Italian Journal of Mammalogy. V. 24 (1). 140 pp.
Klingenberg C. P. 1998. Heterochrony and allometry: the analysis of evolutionary change in ontogeny. Biological Reviews. V. 73. P. 79–123
Klingenberg C. P. 2016. Size, shape, and form: concepts of allometry in geometric morphometrics. Development Genes and Evolution. V. 226. P. 113–137
Zelditch M., Swiderski D., Sheets D. 2012.Geometric Morphometrics for biologists (Second edition). 478 pp.
Составитель — кандидат биологических наук, научный сотрудник Ольга Геннадьевна Нанова